Sintesi di nanoparticelle cilindriche monodisperse tramite l'autoassemblaggio di copoliomeri a blocchi biodegradabili

Il nostro protocollo si concentra sia sulle polimerizzazioni ad apertura ad anello che su RAFT per produrre cilindri di copolimero a blocchi di lunghezza controllata utilizzando l’auto-assemblaggio guidato dalla cristallizzazione vivente. La combinazione di polimerizzazioni ad apertura ad anello e RAFT consente la produzione di polimeri con regioni sia semicristalline che funzionali. Ciò apre il campo del CDSA ad altre potenziali applicazioni.

Il successo del protocollo si risolve intorno alla secchezza dei reagenti di partenza. Assicurarsi che il sistema non venga mai a contatto con l’atmosfera una volta avviata la procedura di asciugatura. Il metodo richiede conoscenze nelle tecniche chimiche sensibili all’aria.

Crediamo che impegnare queste pratiche nella forma video darà ai ricercatori la libertà di introdurre nuove idee senza ostacoli a causa della mancanza di esperienza pratica. Per iniziare, trasferire tutte le vetrerie e mescolare le barre, asciugate in un forno a 150 gradi Celsius durante la notte, sulla panchina. Bloccare il pallone a due colli da 250 millilitri a fondo tondo, dotato di una barra di agitazione, su un supporto su una piastra di agitazione e fissare un rubinetto ermetica sul collo piccolo.

Aggiungere 100 millilitri di epsilon-caprolattone al pallone. Collegare il pallone a fondo tondo a una linea di azoto attraverso il rubinetto su un collo. Sotto un flusso costante di azoto a tre psi, aggiungere un grammo di idruro di calcio nel pallone attraverso il collo primario.

Montare il secondo collo con un tappo di vetro e mescolare durante la notte a temperatura ambiente in atmosfera di azoto. Attaccare il pallone alla linea di Schlenk e aprirlo a un flusso costante di azoto. Assemblare l’attrezzatura di distillazione sottovuoto su due supporti, bloccando il pallone a fondo rotondo epsilon-caprolactone su un supporto e un altro pallone a fondo rotondo all’altro supporto.

Mantenere un flusso costante di azoto attraverso il sistema per evitare che l’acqua entri nel sistema. Inserire un termometro nella testa ferma e sigillare in posizione. Collegare l’adattatore alla linea Schlenk.

Spegnere il flusso di azoto e aprire il sistema per aspirare attraverso questa nuova connessione alla linea Schlenk. Scaldare l’epsilon-caprolattone in un mantello riscaldante da 60 a 80 gradi, raccogliendo i primi cinque millilitri nei piccoli contenitori a fondo tondo e il resto nel pallone a due colli a fondo tondo. Posizionare i contenitori in azoto liquido per condensare efficacemente il caprolattone.

Per accelerare il processo, avvolgere l’attrezzatura di distillazione in cotone idrofilo e lamina. Attaccare la linea Schlenk al pallone a due colli a fondo rotondo. Ruotare la linea per vuoto per 120 secondi e a azoto per 10 secondi, per un totale di tre volte, per eliminare la linea.

Aprire la linea e il sistema all’azoto. Quindi aggiungere un grammo di idruro di calcio al pallone di raccolta adatto a un tappo e mescolare sotto un’atmosfera di azoto durante la notte. Nel frattempo, smaltire l’idruro di calcio in eccesso con aggiunta dropwise di 10 millilitri di isopropanolo, seguiti da cinque millilitri di metanolo.

Una volta cessato il gorgogliamento, aggiungere un eccesso d’acqua. Risciacquare l’attrezzatura di distillazione con acetone e posizionare nel forno durante la notte. Al mattino, ripetere nuovamente la distillazione sottovuoto senza aggiungere idruro di calcio al monomero una volta terminato.

Quindi aprire il pallone in azoto per iniziare a trasferire il caprolattone, tramite cannula, in un’ampola. Trasferire l’ampola in una scatola portaoggetti. Nella scatola dei guanti, preparare soluzioni stock.

In tre fiale separate, aggiungere 0,011 grammi di agente di trasferimento della catena idrossile, come iniziatore, 0,01 grammi di fosfato difenile, come catalizzatore, e 0,25 grammi del monomero essiccato, caprolattone. Aggiungere 0,5 millilitri di toluene a ciascuno dei flaconcini iniziatore e catalizzatore e agitare delicatamente fino a quando i reagenti non vengono sciolti. Quindi mescolare le soluzioni di calcio fosfato iniziatore e difenile in un flaconcino e aggiungere una barra di agitazione.

Fissare il flaconcino su un agitatore, regolare la velocità per mescolare moderatamente e aggiungere la soluzione monomero nel flaconcino iniziatore-catalizzatore. Montare il flaconcino con un coperchio e mescolare per otto ore a temperatura ambiente. Quindi rimuovere il flaconcino dalla scatola del guanto e utilizzare immediatamente una pipetta Pasteur per aggiungere la miscela, dropwise, in un eccesso di etere dietile freddo, per precipitare.

Attraverso un imbuto Buchner, filtrare il solido bianco, asciugarlo nell’atmosfera ambientale e scioglierlo in un millilitro di tetraidrofurano. Precipitare nell’etere dietile altre due volte e asciugare accuratamente. Preparare innanzitutto diversi tappi di allumina di base in siringhe da tre millilitri.

Filtrare il diossano e l’MMA in flaconcini separati per rimuovere gli stabilizzatori. Pesare 0,5 grammi del PCL precedentemente sintetizzato, 0,424 grammi di MMA, misurare due millilitri di diossano in una fiala e lasciare sciogliere. Preparare una soluzione di stock AIBN pura di 10 milligrammi per millilitro e pipettare 139 microlitri nella miscela di reazione.

Trasferire la miscela in un’ampola dotata di una barra di agitazione e sigillare. Quindi attaccare l’ampola alla linea Schlenk e posizionare in azoto liquido. Una volta congelata la soluzione, introdurre l’ampolla per aspirare fino a quando l’indicatore del vuoto legge al massimo una volta 10 al millibar negativo.

Chiudere l’ampola e lasciare scongelare completamente. Ripetere questo ciclo di congelamento-pompa-disgelo due volte in più. Al termine dell’ultimo ciclo, riempire l’ampola con azoto e posizionarla in un bagno d’olio preriscaldato a 65 gradi Celsius per quattro ore.

Per monitorare la conversione, ottenere l’ampola dal bagno d’olio, cambiare il tappo per la super tenuta sotto un flusso di azoto, estrarre due gocce, mescolare con 600 microlitri di cloroformio deuterato in una fiala e trasferirlo in un tubo NMR. Trasferire il campione all’autocampionatore di uno strumento NMR per far funzionare uno spettro protonico. Sostituire il tappo sotto un flusso costante di azoto e riposizionare nel bagno d’olio.

Ora, posizionare l’ampolla che è stata riscaldata nel bagno d’olio in azoto liquido fino a quando non è congelata, e poi in una cappa dei fumi, aprire l’ampola all’aria per temprare la polimerizzazione per un minuto. Quindi, dropwise aggiungere la miscela in un vasto eccesso di etere dietile freddo per precipitare. Isolare mediante filtrazione di Buchner e asciugare.

Sciogliere il polimero e il tetraidrofurano e precipitare altre due volte. Asciugare accuratamente il polimero per la spettroscopia NMR protonica e l’analisi SEC. Ripetere questa procedura con 0,5 grammi del PCL-PMMA generato, 1.406 grammi di DMA, due millilitri di diossano e 111 microlitri di dieci milligrammi per millilitro AIBN e diossano.

Riscaldare la polimerizzazione a 70 gradi Celsius per un’ora e far precipitare la miscela di reazione in etere dietile freddo tre volte. Posizionare cinque milligrammi del copolimero triblocco generato in una fiala e aggiungere un millilitro di etanolo. Sigillare il flaconcino con coperchio e parafilm.

Riscaldare a 70 gradi Celsius e un mantello riscaldante per tre ore. Successivamente, togliere il flaconcino per raffreddare lentamente a temperatura ambiente. Lasciare la soluzione invecchiare a temperatura ambiente per due settimane.

La soluzione diventa torbosa e forma uno strato distinto nella parte inferiore quando è completamente assemblata. Diluire la dispersione in un milligrammo per millilitro con etanolo in un tubo a prova di sonicazione. Metti il tubo in un bagno di ghiaccio.

Inserire la punta della sonda di sonicazione nell’area centrale della dispersione. Sonicare la soluzione per 15 cicli di due minuti all’intensità più bassa, permettendo di raffreddarsi per 15 minuti tra un ciclo e l’altro. Prendere un’aliquota della dispersione dei semi sonicati e diluire a 0,18 milligrammi per millilitro con etanolo in un tubo.

Quindi, preparare una soluzione di unimero e tetraidrofurano alla concentrazione di 25 milligrammi per millilitro. Aggiungere 32,8 microlitri della soluzione unimera nella dispersione diluita dei semi e agitare delicatamente per consentire la completa dissoluzione. Lasciare invecchiare la dispersione per tre giorni con il coperchio leggermente socchiusa, in modo che il tetraidrofurano possa evaporare.

Questo produrrà 90 nanometri iniziando i semi a 500 cilindri nanometrici. La polimerizzazione ad apertura ad anello dell’epsilon-caprolattone ha portato ad un grado di polimerizzazione di 50, determinato dallo spettro NMR protonico con risonanze dei protoni etilici del gruppo finale a 3,36 PPM, e dei protoni alfa estere a catena finale a 4,08 PPM. La traccia GPC mostra una tipica distribuzione del peso molecolare con un singolo picco, con un valore di dispersione di 1,07 e un peso molecolare medio di 10.800 grammi per talpa.

In confronto, la polimerizzazione che è stata reagita per 12 ore ha dato una spalla ad alto peso molecolare a 15.500 grammi per talpa. L’uso di reagenti non essiccati correttamente ha prodotto una miscela di prodotto con una coda a basso peso molecolare. Le successive polimerizzazioni RAFT hanno raggiunto un grado di polimerizzazione di 10 per il blocco PMMA con un picco unimodale nella traccia GPC.

Tuttavia, quando deliberatamente portato a conversioni troppo elevate superiori al 70%, è stato osservato un ampliamento del peso molecolare e una spalla ad alto peso molecolare. Il grado di polimerizzazione del blocco finale di PDMA era di 200, al confronto dei protoni di etere della catena finale PCL a 4,08 PPM e dei protoni metilici a catena laterale DMA a 2,93 PPM. La traccia GPC era stretta e unimodale.

Dopo la ripetizione dell’estensione della catena usando impuro PCL-PMMA, apparve una spalla a basso peso molecolare. Ricorda di prenderti il tuo tempo sull’essiccazione del sistema, poiché qualsiasi presenza di acqua può causare il fallimento della polimerizzazione del caprolattone. Assicurati che tutto sia asciutto.

Una regione cuscinetto tra il nucleo e la corona del cilindro potrebbe consentire di stabilizzare in acqua altri costrutti CDSA, aprendo nuove vie di ricerca e collaborazione.